应用电子电路
1、什么是LDO
LDO(Low Dropout Regulator),是一种低压差线性稳压器,所谓低压差是一个相对的概念,相对于传统的线性稳压器来说输入输出压差小。传统的线性稳压器,如7805芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V,否则就不能正常工作,在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5V转3.3V,输入与输出之间的压差只有1.7v。在LDO的各种参数中Dropout Voltage是一个比较重要的参数,Dropout Voltage是指在特定负载条件下维持Vout输出变化率小于±1%的最小输入电压Vin与Vout的差值,当然不同公司的产品对dropout voltage定义略有不同,大同小异。
2、NPN型LDO
早期的LDO采用三极管设计并且使用NPN类型较多,如ASM117、LM317等,ASM117结构框图如下:
这种NPN类型LDO需要保证功率管的Vbe一定的压降,通过调整功率管的Vbe调节输出电压。但是这里有一个问题,Vb越高,三极管导通程度越大,Ve的电压就会越高,Vbe反而越小,随着Vb的提高,最后会平衡到一个点。由于这个特点,导致NPN型号三极管的dropout voltage不会太小,例如ASM1117的dropout voltage大约在1.1V,虽然它也叫LDO。
3、PNP型LDO
还有另外一种设计,就是PNP类型LDO,这种设计能够做到比较小的dropout voltage,为什么能做到比较小的压差呢?这是PNP型三极管的特点导致的。Vb=Ve,即Vbe = 0的时候PNP三极管截止,逐渐减小Vb,Vbe增大,三极管导通能力增大,随着Vb的减小,Vbe增大,但Ve的电压不变,三极管的导通程度不会影响Vbe。所以能够做到很小的dropout voltage,例如下面的LT3041,在1A负载下,dropout voltage,最大值480mV。由于PNP型三极管导通电阻相对较大,因此大功率三极管类型LDO一般都是NPN型。
4、PMOS型LDO
这种类型的LDO和PNP型LDO类似,能够做到较小的dropout voltage,由于MOS的导通压降更小,因此dropout voltage比PNP型LDO更小。PMOS类型的LDO内部原理基本上都是以下拓扑结构。
5、NMOS型LDO
这种类型的LDO和NPN型LDO类似,能够做到较小的dropout voltage,由于MOS的导通压降更小,因此dropout voltage比NPN型LDO更小。由于相同条件下PMOS的导通电阻大于NMOS的导通电阻,所以NMOS类型的LDO比PMOS类型的dropout voltage更小。
NMOS LDO也有NPN型LDO类型的缺点,就是Vgs和导通程度相关,必须增加更高的偏置电压才行,所以部分NMOS类型LDO一般带有一个偏置管脚,有些芯片不带偏置但是为了方便使用,内部增加了泵压电路。如型号TPS73215,此型号LDO在最大负载250mA的情况下,dropout voltage最大只有150mV,典型值只有40mV,可以说非常小了。
总结:
目前市面上小功率的的LDO一般都是PMOS类型,NMOS类型由于需要额外的泵压电路才能获得更低的dropout voltage,设计复杂度高一些,成本也会高一些,但是压差可以做的更低。
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